JP2013130746A - Light control element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電場に応じて白濁と透明に状態を変化させる高分子分散型液晶の調光素子に関する。 The present invention relates to a light-modulating element of a polymer dispersed liquid crystal that changes its state between white turbidity and transparency according to an electric field.
高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）に代表される調光素子は、対向して配設される透明電極の対向空間に高分子でネットワークを形成し、高分子ネットワークに液晶を内在させ、高分子と液晶の屈折率の差を利用して入射光の散乱を行う。透明電極に電圧が印加されていない状態（以下、ＯＦＦ状態とする）では、液晶分子がランダムな方向を向いているため、高分子ネットワークの屈折率と液晶分子の屈折率が異なり、調光素子が白濁して入射光が散乱される。透明電極に電圧が印加された状態（以下、ＯＮ状態とする）では、液晶分子の方向が揃い、高分子ネットワークの屈折率と液晶分子の屈折率が等しくなるため、調光素子が透明となり入射光がそのまま透過する。 A light control element represented by a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) forms a network with a polymer in a space opposite to a transparent electrode disposed opposite to the liquid crystal, and the liquid crystal is contained in the polymer network. The incident light is scattered using the difference in refractive index between the polymer and the liquid crystal. In the state where voltage is not applied to the transparent electrode (hereinafter referred to as OFF state), the liquid crystal molecules are in a random direction, so the refractive index of the polymer network is different from the refractive index of the liquid crystal molecules, and the light control device Becomes cloudy and the incident light is scattered. In a state where a voltage is applied to the transparent electrode (hereinafter referred to as the ON state), the liquid crystal molecules are aligned and the refractive index of the polymer network is equal to the refractive index of the liquid crystal molecules. Light is transmitted as it is.
このような調光素子には、一般的に透明電極間のギャップを保持する目的でスペーサが混在している。このスペーサは無色透明なものが用いられているため、ＯＦＦ状態であっても、スペーサが介在している部分では入射光に平行又は平行に近い光を散乱させることなく透過してしまい、入射光の散乱性を低下させるという問題がある。そのため、膜厚を大きくすることで散乱性を向上させる必要があるが、膜厚を大きくした場合には、ＯＮ状態の透過率の低下、駆動電圧の増加、コストの増加といった問題があり、ＯＦＦ状態における散乱性とＯＮ状態における透明性の両方を向上させることは困難である。 In such a light control element, a spacer is generally mixed for the purpose of maintaining a gap between the transparent electrodes. Since this spacer is colorless and transparent, even in the OFF state, the portion where the spacer is interposed transmits light without being scattered parallel to or near parallel to the incident light. There is a problem of lowering the scattering property. Therefore, it is necessary to improve the scattering property by increasing the film thickness. However, when the film thickness is increased, there are problems such as a decrease in transmittance in the ON state, an increase in driving voltage, and an increase in cost. It is difficult to improve both the scattering in the state and the transparency in the ON state.
スペーサに関する技術として、特許文献１、２に示す技術が開示されている。特許文献１には、カーボンブラック５−６０重量％、及び、カーボンブラック以外であって異なる色の少なくとも一組の有機着色顔料４０−９５重量％により構成される顔料成分を含有する液晶表示素子用スペーサが開示されている。また、特許文献２には、配向膜との密着性に優れ、スペーサ粒子近傍の液晶配向が乱れることがなく、このため光り抜けを抑制でき白浮き等のないスペーサ粒子に関する技術が開示されている。 As a technique related to the spacer, techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 are disclosed. Patent Document 1 discloses a liquid crystal display element containing 5 to 60% by weight of carbon black and 40 to 95% by weight of at least one set of organic coloring pigments of different colors other than carbon black. A spacer is disclosed. Further, Patent Document 2 discloses a technique relating to spacer particles that are excellent in adhesion to the alignment film and that the liquid crystal alignment in the vicinity of the spacer particles is not disturbed. .
しかしながら、特許文献１及び２に示す技術は、いずれもＰＤＬＣの調光素子のスペーサに関する技術ではなく、ＯＦＦ状態における入射光の散乱性とＯＮ状態における入射光の透過性を両立させて向上させるものではない。すなわち、上記に示した技術は、偏光特性を利用したデバイスに関するものであり、ＰＤＬＣの調光素子のように、偏光板を必要とせず、屈折率異方性を利用するものではない。 However, the techniques shown in Patent Documents 1 and 2 are not techniques related to the spacer of the light control element of the PDLC, and improve both the scattering of incident light in the OFF state and the transmittance of incident light in the ON state. is not. That is, the technique described above relates to a device using polarization characteristics, and does not require a polarizing plate and does not use refractive index anisotropy unlike a PDLC light control element.
本発明は、ＰＤＬＣの調光素子においてスペーサが遮光性を有することで、ＯＦＦ状態における入射光の遮蔽性を向上させると共に、ＯＮ状態における透明性を向上させる調光素子を提供する。 The present invention provides a light control device that improves the shielding property of incident light in the OFF state and also improves the transparency in the ON state because the spacer has a light shielding property in the light control device of PDLC.
本発明に係る調光素子は、対向して配設される一対の透明基板と、前記透明基板の対向面にそれぞれ付設される一対の透明電極と、前記透明電極が対向している対向空間に形成されるネットーワーク状の高分子からなる高分子ネットワークと、前記高分子ネットワークに内在し、電場に応じて配向性を有する液晶と、前記対向空間に混在し、前記透明電極間のギャップを保持する複数のスペーサと、前記透明電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、複数の前記スペーサのうちの一部又は全部が、遮光性を有する遮光スペーサからなるものである。 The light control device according to the present invention includes a pair of transparent substrates disposed opposite to each other, a pair of transparent electrodes provided on opposite surfaces of the transparent substrate, and a facing space where the transparent electrodes are opposed to each other. A network composed of a network-like polymer to be formed, a liquid crystal that is intrinsic to the polymer network and that has orientation according to the electric field, and is mixed in the opposing space to maintain the gap between the transparent electrodes A plurality of spacers and a voltage applying means for applying a voltage between the transparent electrodes, and a part or all of the plurality of spacers is made of a light shielding spacer having a light shielding property.
このように、本発明に係る調光素子においては、ＰＤＬＣ調光素子の電極間のギャップを保持するスペーサが遮光性を有する遮光スペーサを含むため、スペーサが介在している部分から入射光と平行又は平行に近い光が透過されにくくなり、ＯＦＦ状態における散乱性が向上し、それに伴い遮蔽性を向上させることができるという効果を奏する。また、スペーサ全部が無色透明のスペーサの場合と比較して、ＯＦＦ状態においては、直射光が減少するためヘイズ値が増加し、ＯＮ状態においては、直射光が減少するがスペーサを介しての拡散光も減少するため総じてヘイズ値が減少し、ＯＦＦ状態における遮蔽性とＯＮ状態における透明性の両方を向上させることができるという効果を奏する。 As described above, in the light control device according to the present invention, the spacer that holds the gap between the electrodes of the PDLC light control device includes a light-shielding spacer having a light-shielding property, so that it is parallel to the incident light from the portion where the spacer is interposed. Alternatively, near parallel light is hardly transmitted, and the scattering property in the OFF state is improved, and accordingly, the shielding property can be improved. Also, compared to the case where all the spacers are colorless and transparent, in the OFF state, the direct light is reduced and the haze value is increased. In the ON state, the direct light is reduced but diffusion through the spacers is increased. Since the light is also reduced, the haze value is generally reduced, and both the shielding property in the OFF state and the transparency in the ON state can be improved.
また、遮光スペーサを有することから、スペーサの球径を小さくしてもＯＦＦ状態における遮蔽性を向上させることができ、調光素子自体の膜厚を小さくして、材料やコストの削減、低消費電力化を実現することができるという効果を奏する。 In addition, since the light-shielding spacer is provided, the shielding property in the OFF state can be improved even if the sphere diameter of the spacer is reduced, the thickness of the light control element itself is reduced, and the material and cost are reduced, and the consumption is reduced. There is an effect that electric power can be realized.
本発明に係る調光素子は、前記スペーサの径が７．５μｍ以上、２４μｍ以下のものである。 In the light control device according to the present invention, the spacer has a diameter of 7.5 μm or more and 24 μm or less.
発明者らの鋭意努力により、ＯＦＦ状態の場合に、スペーサ全部が無色透明の場合と比べて遮蔽スペーサを用いた場合の方が、同一の球径におけるヘイズ値が大きくなることが明らかとなった。すなわち、全光線透過率に対する散乱光線透過率が大きくなっており、遮蔽性が高くなっている。したがって、通常必要とされる８４％〜８９％程度のヘイズ値の範囲を実現するために、全部が無色透明のスペーサの場合は、１０μｍ〜１８μｍ程度の球径が必要であるのに対して、全部が遮蔽スペーサの場合は、７．５μｍ〜１４μｍ程度の球径さえあれば、同等のＯＦＦ機能を実現することができることが証明された。これにより、スペーサの球径を小さくすることが可能となり、液晶や高分子ネットワークの材料を削減し、低電圧化による低消費電力を実現し、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。 As a result of the diligent efforts of the inventors, it has been clarified that in the OFF state, the haze value at the same sphere diameter is greater when the shielding spacer is used than when the spacer is all colorless and transparent. . That is, the scattered light transmittance with respect to the total light transmittance is large, and the shielding property is high. Therefore, in order to realize a haze value range of about 84% to 89%, which is normally required, in the case of all colorless and transparent spacers, a spherical diameter of about 10 μm to 18 μm is required, In the case where all are shielding spacers, it has been proved that an equivalent OFF function can be realized as long as the spherical diameter is about 7.5 μm to 14 μm. This makes it possible to reduce the sphere diameter of the spacer, reduce the material for the liquid crystal and the polymer network, realize low power consumption due to low voltage, and achieve cost reduction.
一方、ＯＮ状態の場合に、スペーサ全部が無色透明の場合と比べて遮蔽スペーサを用いた場合の方が、同一の球径におけるヘイズ値が小さくなっていることが明らかとなった。すなわち、全光線の量自体は減少するものの、全光線透過率に対する散乱光線透過率が小さくなっており、解像度（透明性）が上がっている。したがって、調光素子を介して見える輪郭をはっきりさせて明確に視認することが可能となる。また、通常必要とされる８％程度以下のヘイズ値の範囲を実現するために、無色透明のスペーサの場合は２３μｍ程度以下の球径が必要であるのに対して、遮蔽スペーサの場合は、２４μｍ程度の球径まで、同等のＯＮ機能を実現する事ができる。このように、スペーサ全部が無色透明の場合に比べて調光素子の厚みを厚くして、膜強度（調光素子の機械的な強度等）を高めることが可能になると言う効果を奏する。 On the other hand, in the ON state, it became clear that the haze value at the same sphere diameter was smaller when the shielding spacer was used than when the entire spacer was colorless and transparent. That is, although the amount of total light itself is reduced, the scattered light transmittance with respect to the total light transmittance is reduced, and the resolution (transparency) is increased. Therefore, the outline seen through the light control element can be made clear and clearly visible. Further, in order to realize a haze value range of about 8% or less that is normally required, a colorless and transparent spacer requires a spherical diameter of about 23 μm or less, whereas in the case of a shielding spacer, An equivalent ON function can be realized up to a spherical diameter of about 24 μm. As described above, there is an effect that it is possible to increase the film strength (such as the mechanical strength of the light control element) by increasing the thickness of the light control element as compared with the case where all the spacers are colorless and transparent.
本発明に係る調光素子は、前記透明電極の平面の面積に対する前記遮光スペーサの中心を通る断面の面積の割合が０．０１以下であるものである。 In the light control device according to the present invention, a ratio of an area of a cross section passing through a center of the light shielding spacer to an area of a plane of the transparent electrode is 0.01 or less.
本発明に係る調光素子において、遮光性スペーサの使用量が増加すると、遮光性スペーサ自体の色調に起因して黒色調が増加するが、使用環境によっては、黒色調が増加しすぎるのは好ましくない場合がある。発明者らの鋭意努力により、透明電極の平面の面積に対する遮光スペーサの中心を通る断面の面積の割合が０．０１以下にすることで、適度な色調を保つことができることが明らかとなった。 In the light control device according to the present invention, when the usage amount of the light blocking spacer increases, the black tone increases due to the color tone of the light blocking spacer itself. However, depending on the use environment, it is preferable that the black tone increases excessively. There may not be. It has been clarified by the inventors' diligent efforts that an appropriate color tone can be maintained when the ratio of the area of the cross section passing through the center of the light shielding spacer to the area of the plane of the transparent electrode is 0.01 or less.
本発明に係る調光素子は、前記スペーサが、遮光性を有する前記遮光スペーサと無色透明である透明スペーサとからなり、前記遮光スペーサと前記透明スペーサとの割合が、前記対向空間のギャップを保持するのに必要なスペーサの数と、調光素子の色調の限界条件を満たす遮光スペーサの数とに基づいて決定されるものである。 In the light control device according to the present invention, the spacer includes the light-shielding spacer having a light-shielding property and the transparent spacer that is colorless and transparent, and a ratio of the light-shielding spacer and the transparent spacer maintains a gap in the facing space. It is determined based on the number of spacers necessary to achieve this and the number of light-shielding spacers that satisfy the color tone limit condition of the light control element.
本発明に係る調光素子においては、遮光スペーサと透明スペーサとが混合されており、遮光スペーサと透明スペーサとの割合が、対向空間のギャップを保持するのに必要なスペーサの数と、調光素子の色調の限界条件を満たす遮光スペーサの数とに基づいて決定されるため、遮光スペーサにより黒色調が強くなりすぎることを防止して適度な色調を実現しつつ、ギャップの保持を確実に行うことができるという効果を奏する。 In the light control device according to the present invention, the light-shielding spacer and the transparent spacer are mixed, and the ratio of the light-shielding spacer and the transparent spacer is the number of spacers necessary to maintain the gap in the opposing space, and the light control. Since it is determined based on the number of light-shielding spacers that satisfy the limit condition of the color tone of the element, it is possible to prevent the black tone from becoming too strong by the light-shielding spacer and to realize an appropriate color tone, and to securely hold the gap. There is an effect that can be.
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。 Embodiments of the present invention will be described below. Throughout the present embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals.
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る調光素子について、図１ないし図６を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る調光素子の断面図、図２は、無色透明のスペーサを用いた場合と遮光性のスペーサを用いた場合のＯＦＦ状態における光の散乱のイメージ図、図３は、無色透明のスペーサを用いた場合と遮光性のスペーサを用いた場合のＯＮ状態における光の透過のイメージ図、図４は、ＯＦＦ状態におけるスペーサのサイズとヘイズ値の関係を示す図、図５は、ＯＮ状態におけるスペーサのサイズとヘイズ値の関係を示す図、図６は、黒色のスペーサの面積占有率と色調の相関を示す図である。
(First embodiment of the present invention)
The light control device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a light control device according to the present embodiment, FIG. 2 is an image diagram of light scattering in an OFF state when a colorless and transparent spacer is used, and when a light-shielding spacer is used, and FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram of light transmission in the ON state when using a colorless and transparent spacer and a light-shielding spacer, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the size of the spacer and the haze value in the OFF state, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the size of the spacer and the haze value in the ON state, and FIG. 6 is a diagram showing the correlation between the area occupancy of the black spacer and the color tone.
図１において、本実施形態に係る調光素子１は、対向して配設される一対の透明基板２ａ，２ｂと、透明基板２ａ及び２ｂの対向面にそれぞれ付設される一対の透明電極３ａ，３ｂと、透明電極３ａ及び３ｂが対向している対向空間４に形成される高分子からなるネットワーク状の高分子ネットワーク５と、高分子ネットワークに包まれるように内在され、電場の有無に応じて配向性を有する液晶部６と、透明電極３ａ及び３ｂ間のギャップ（対向空間４のギャップ）を保持するためのスペーサ７と、透明電極３ａ及び３ｂに電圧を印加する電圧印加部８とを備える。 In FIG. 1, a light control device 1 according to the present embodiment includes a pair of transparent substrates 2a and 2b disposed to face each other, and a pair of transparent electrodes 3a and 2b respectively attached to opposing surfaces of the transparent substrates 2a and 2b. 3b, a network-like polymer network 5 formed of a polymer formed in a facing space 4 where the transparent electrodes 3a and 3b are opposed to each other, and a polymer network 5 embedded in the polymer network, depending on the presence or absence of an electric field The liquid crystal part 6 which has orientation, the spacer 7 for hold | maintaining the gap between the transparent electrodes 3a and 3b (gap of the opposing space 4), and the voltage application part 8 which applies a voltage to the transparent electrodes 3a and 3b are provided. .
透明電極３ａ及び３ｂに電圧が印加されていないＯＦＦ状態の場合（図１（Ａ）の状態の場合）は、液晶部６の配向がランダムになっているため、高分子ネットワーク５と液晶部６の屈折率に差が生じ、調光素子１は白濁して入射光が拡散される。一方、透明電極３ａ及び３ｂに電圧が印加されているＯＮ状態の場合（図１（Ｂ）の状態の場合）は、液晶部６の配向が、透明基板２ａ，２ｂの面に垂直な方向に配向している高分子ネットワークに揃うため、調光素子１は透明となり入射光が直射光として調光素子１を透過する。 In the OFF state in which no voltage is applied to the transparent electrodes 3a and 3b (in the case of FIG. 1A), the orientation of the liquid crystal part 6 is random, and therefore the polymer network 5 and the liquid crystal part 6 Therefore, the dimming element 1 becomes clouded and incident light is diffused. On the other hand, when the voltage is applied to the transparent electrodes 3a and 3b (in the state shown in FIG. 1B), the orientation of the liquid crystal unit 6 is in a direction perpendicular to the surfaces of the transparent substrates 2a and 2b. Since the aligned polymer network is aligned, the light control element 1 is transparent, and incident light passes through the light control element 1 as direct light.
従来においては、対向空間４のギャップを保持するためのスペーサ７は無色透明である。すなわち、スペーサ７が配置されている箇所においては、ＯＮ状態でもＯＦＦ状態でも入射光が直射光として透過する。本実施形態に係る調光素子１においては、スペーサ７が遮光性を有するものである。遮光性は、例えば図１に示すように、スペーサ７をカーボンブラック等で黒色に着色することで実現する。 Conventionally, the spacer 7 for maintaining the gap of the facing space 4 is colorless and transparent. In other words, in the place where the spacer 7 is disposed, incident light is transmitted as direct light in both the ON state and the OFF state. In the light control device 1 according to the present embodiment, the spacer 7 has a light shielding property. For example, as shown in FIG. 1, the light-shielding property is realized by coloring the spacer 7 black with carbon black or the like.
図２にＯＦＦ状態の場合の光の散乱のイメージを示す。図２（Ａ）は、スペーサ７が無色透明の場合の光の散乱のイメージであり、図２（Ｂ）は、スペーサ７が黒色の場合の光の散乱のイメージである。図２（Ａ）に示すように、スペーサ７が無色透明の場合は、液晶部６の配向性がランダムであるにも関わらず、スペーサ７を直射光が透過してしまうため、遮蔽性が低下してしまう。一方、図２（Ｂ）に示すように、スペーサ７が黒色の場合は、入射光がスペーサに吸収されてしまうため、スペーサ７を直射光が透過することがない。したがって、従来に比べて遮蔽性を向上させることができる。 FIG. 2 shows an image of light scattering in the OFF state. 2A is an image of light scattering when the spacer 7 is colorless and transparent, and FIG. 2B is an image of light scattering when the spacer 7 is black. As shown in FIG. 2A, when the spacer 7 is colorless and transparent, direct light is transmitted through the spacer 7 even though the orientation of the liquid crystal portion 6 is random, so that the shielding property is lowered. Resulting in. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the spacer 7 is black, the incident light is absorbed by the spacer, so that the direct light does not pass through the spacer 7. Therefore, the shielding property can be improved as compared with the conventional case.
図３にＯＮ状態の場合の光の透過のイメージを示す。図３（Ａ）は、スペーサ７が無色透明の場合の光の透過のイメージであり、図３（Ｂ）は、スペーサ７が黒色の場合の光の透過のイメージである。図３（Ａ）に示すように、スペーサ７が無色透明の場合は、液晶部６の配向が高分子ネットワーク５と揃っているため、多くの直射光が透過し、透明度も高く明るさの度合いも大きくなるが、スペーサ７を通しての拡散光が生じているため、解像度が低くなり、調光素子１を通して調光素子１の向こう側を見た場合に、物体の輪郭がぼやけてしまう場合がある。一方、図３（Ｂ）に示すように、スペーサ７が黒色の場合は、入射光がスペーサに吸収されてしまうため、スペーサ７を直射光が透過することがない。そのため、明るさの度合いは小さくなってしまうが、スペーサ７を通しての拡散光も遮光されているため、解像度を上げることができ、調光素子１を通して調光素子１の向こう側を見た場合に、物体の輪郭をはっきりと明確に認識することができる。 FIG. 3 shows an image of light transmission in the ON state. 3A is an image of light transmission when the spacer 7 is colorless and transparent, and FIG. 3B is an image of light transmission when the spacer 7 is black. As shown in FIG. 3A, when the spacer 7 is colorless and transparent, the liquid crystal portion 6 is aligned with the polymer network 5, so that a lot of direct light is transmitted, the transparency is high, and the brightness level is high. However, since the diffused light is generated through the spacer 7, the resolution is lowered, and the object outline may be blurred when the other side of the light control element 1 is viewed through the light control element 1. . On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the spacer 7 is black, the incident light is absorbed by the spacer, so that the direct light does not pass through the spacer 7. Therefore, although the degree of brightness is reduced, the diffused light passing through the spacer 7 is also shielded, so that the resolution can be increased, and when the other side of the dimmer 1 is viewed through the dimmer 1. The outline of the object can be recognized clearly and clearly.
つまり、図２及び図３からわかるように、スペーサ７を黒色にすることで、ＯＦＦ状態の場合は全光線に対する拡散光線の割合を増加させ、ＯＮ状態の場合は全光線に対する拡散光線の割合を減少させている。その結果、ＯＦＦ状態の場合には遮蔽性を高め、ＯＮ状態の場合には解像度を向上させることが可能となる。 That is, as can be seen from FIGS. 2 and 3, by making the spacer 7 black, the ratio of the diffused light to the total light is increased in the OFF state, and the ratio of the diffused light to the total light is increased in the ON state. It is decreasing. As a result, it is possible to improve the shielding property in the OFF state and improve the resolution in the ON state.
上記の効果を実証するために、ＯＮ状態とＯＦＦ状態のそれぞれで、スペーサ７が無色透明の場合と黒色の場合とにおけるスペーサ７の球径に対するヘイズ値の測定を行った。ヘイズ値Ｈの計算方法は以下の式を用いて行った。 In order to verify the above effect, the haze value with respect to the spherical diameter of the spacer 7 was measured in each of the ON state and the OFF state when the spacer 7 was colorless and transparent. The calculation method of the haze value H was performed using the following formula.
ここで、Ｈ０はＰＮＣＬにおけるヘイズ値の最大値、ｔは膜厚（μｍ）、ｍは散乱係数（構造／重合／劣化等による変数であり、大きいほど散乱度大）とする。Ｈ０及びｍの２変量については最小二乗法で最適化した値を用いる。具体的には、ＯＦＦ状態の場合のｍについては、無色透明のスペーサ７がｍ＝０．２６４、黒色のスペーサ７がｍ＝０．３４６であり、ＯＦＦ状態の場合のＨ０については、無色透明のスペーサ７がＨ０＝９０．３５、黒色のスペーサ７がＨ０＝９０．１４である。また、ＯＮ状態の場合のｍについては、無色透明のスペーサ７がｍ＝０．０３３１であり、黒色のスペーサがｍ＝０．００３９であり、ＯＮ状態の場合のＨ０については、無色透明のスペーサ７がＨ０＝１３．５７、黒色のスペーサ７がＨ０＝９０．１４である。測定結果を以下の表１に示す。 Here, H 0 is the maximum value of the haze value in PNCL, t is the film thickness (μm), and m is a scattering coefficient (a variable due to structure / polymerization / deterioration, etc., the larger the value, the larger the scattering degree). For the bivariate of H 0 and m, a value optimized by the least square method is used. Specifically, for m in the OFF state, the colorless and transparent spacer 7 is m = 0.264, and the black spacer 7 is m = 0.346, and for H 0 in the OFF state, it is colorless. The transparent spacer 7 has H 0 = 90.35, and the black spacer 7 has H 0 = 90.14. For m in the ON state, the colorless and transparent spacer 7 is m = 0.0331, and the black spacer is m = 0.039. For H 0 in the ON state, the colorless and transparent spacer 7 is colorless and transparent. The spacer 7 is H 0 = 13.57, and the black spacer 7 is H 0 = 90.14. The measurement results are shown in Table 1 below.
また、表１の結果に基づく相関グラフを図４及び図５に示す。図４に示すように、ＯＦＦ状態の場合、無色透明のスペーサ７の場合と比べて黒色のスペーサ７の方が、同一の球径におけるヘイズ値が大きくなっている。つまり、全光線透過率に対する散乱光線透過率が大きくなっており、遮蔽性が高くなっていることがわかる。したがって、通常必要とされる８４％〜８９％程度のヘイズ値の範囲を実現するために、無色透明のスペーサ７の場合は、１０μｍ〜１８μｍ程度の球径が必要であるのに対して、黒色のスペーサ７の場合は、７．５μｍ〜１４μｍ程度の球径さえあれば、同等の機能を実現することができる。このことから、スペーサ７の球径を小さくすることで、液晶部６や高分子ネットワーク５の材料を削減し、低電圧化による低消費電力を実現し、コストダウンを図ることができる。 Moreover, the correlation graph based on the result of Table 1 is shown in FIG.4 and FIG.5. As shown in FIG. 4, in the OFF state, the black spacer 7 has a larger haze value at the same sphere diameter than the colorless and transparent spacer 7. That is, it can be seen that the scattered light transmittance with respect to the total light transmittance is large, and the shielding property is high. Therefore, in order to realize a haze value range of about 84% to 89%, which is normally required, the colorless and transparent spacer 7 requires a spherical diameter of about 10 μm to 18 μm, whereas it is black. In the case of the spacer 7, an equivalent function can be realized as long as it has a spherical diameter of about 7.5 μm to 14 μm. For this reason, by reducing the spherical diameter of the spacer 7, it is possible to reduce the material for the liquid crystal unit 6 and the polymer network 5, realize low power consumption by lowering the voltage, and reduce costs.
一方、図５に示すように、ＯＮ状態の場合、無色透明のスペーサ７の場合と比べて黒色のスペーサ７の方が、同一の球径におけるヘイズ値が小さくなっている。つまり、全光線の量自体は減少するものの、全光線透過率に対する散乱光線透過率が小さくなっており、解像度が上がっていることがわかる。このことから、調光素子１を介して見える輪郭をはっきりさせて明確に視認することが可能となる。また、通常必要とされる８％程度以下のヘイズ値の範囲を実現するために、無色透明のスペーサ７の場合は、２３μｍ程度以下の球径が必要であるのに対して、遮蔽性のスペーサ７の場合は、２４μｍ程度の球径まで、同等の機能を有するＯＮ状態を実現する事ができる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, in the ON state, the black spacer 7 has a smaller haze value at the same spherical diameter than the colorless and transparent spacer 7. That is, it can be seen that although the amount of total light itself decreases, the scattered light transmittance with respect to the total light transmittance is small, and the resolution is increased. From this, it becomes possible to make the outline seen through the light control element 1 clear and to visually recognize it clearly. In order to realize a haze value range of about 8% or less, which is normally required, the colorless and transparent spacer 7 requires a spherical diameter of about 23 μm or less, whereas it is a shielding spacer. In the case of 7, the ON state having an equivalent function can be realized up to a spherical diameter of about 24 μm.
以上のことから、本実施形態におけるスペーサの径は、７．５μｍ以上、２４μｍ以下の範囲で効果的な機能を有することができる調光素子となる。 From the above, the diameter of the spacer in the present embodiment is a light control element that can have an effective function within the range of 7.5 μm or more and 24 μm or less.
次に、黒色のスペーサ７の占有面積比率について説明する。本実施形態においては、スペーサ７の全部が黒色のスペーサ７であってもよいし、一部が黒色のスペーサ７であってもよい。ただし、黒色のスペーサ７の割合が増加すると、調光素子全体の黒色調が増加する。これは黒色のスペーサ７自体の色調に起因するものであるが、電場に応じて白濁と透明の状態を変化させる高分子分散型液晶の調光素子においては、黒色調が増加することが望ましくない場合もある。そこで、黒色のスペーサ７の中心を通る断面の面積が、調光素子１（又は透明電極３ａ，３ｂ）の平面の面積に占める面積比率と色調との相関を調べた。その結果を図６に示す。 Next, the occupation area ratio of the black spacer 7 will be described. In the present embodiment, all of the spacers 7 may be black spacers 7 or some of them may be black spacers 7. However, when the ratio of the black spacer 7 increases, the black tone of the entire light control element increases. This is due to the color tone of the black spacer 7 itself, but it is not desirable that the black tone increase in the polymer dispersed liquid crystal light control device that changes the white turbidity and the transparent state according to the electric field. In some cases. Therefore, the correlation between the area ratio of the cross-sectional area passing through the center of the black spacer 7 to the plane area of the light control element 1 (or the transparent electrodes 3a and 3b) and the color tone was examined. The result is shown in FIG.
図６に示す色調限界は、一般的な調光素子１の使用環境において黒色調が許容される限界値である。図６からわかるように、黒色のスペーサ７による占有面積比率が１％を超えると黒色調が強くなり過ぎてしまう。したがって、本実施形態において、黒色のスペーサ７の中心を通る断面の面積の合計値が、調光素子１（又は透明電極３ａ，３ｂ）の平面の面積の値に対して、１％以下とすることが望ましいことがわかる。 The color tone limit shown in FIG. 6 is a limit value in which black tone is allowed in a general use environment of the light control element 1. As can be seen from FIG. 6, when the occupation area ratio of the black spacer 7 exceeds 1%, the black tone becomes too strong. Therefore, in this embodiment, the total value of the cross-sectional areas passing through the center of the black spacer 7 is 1% or less with respect to the area value of the plane of the light control element 1 (or the transparent electrodes 3a and 3b). It is clear that this is desirable.
ここで、上記のように黒色のスペーサ７の面積比率を１％以下にする場合は、黒色のスペーサ７だけでは、対向空間４のギャップを適切に保持できない場合が生じる。その場合は、黒色のスペーサ７と従来から用いられている透明のスペーサ７とを混在させ、この透明のスペーサ７でギャップの保持を補うようにしてもよい。その際に、黒色のスペーサ７と透明のスペーサ７との混合割合は、対向空間４のギャップを保持するのに必要なスペーサ７の数と、調光素子１の色調の限界条件を満たす黒色のスペーサ７の数とに基づいて決定することができる。 Here, when the area ratio of the black spacer 7 is set to 1% or less as described above, the gap of the facing space 4 may not be appropriately maintained with the black spacer 7 alone. In that case, the black spacer 7 and the transparent spacer 7 conventionally used may be mixed, and the holding of the gap may be supplemented by the transparent spacer 7. At that time, the mixing ratio of the black spacers 7 and the transparent spacers 7 is determined so that the number of the spacers 7 necessary for maintaining the gap of the facing space 4 and the black color satisfying the color tone limit condition of the light control element 1 are satisfied. It can be determined based on the number of spacers 7.
また、使用環境に応じて混合比率を調整するようにしてもよい。すなわち、ＯＦＦ状態における黒色調を強めにしたい場合は、黒色のスペーサ７の割合を増やしてもよいし、ＯＮ状態における光線量を増やしたい場合は、黒色のスペーサ７の割合を減らすようにしてもよい。さらに、調光素子１の領域ごとに黒色のスペーサ７と透明のスペーサ７を使い分けるようにしてもよい。例えば、設置された際に、下の方の遮光性を強くし、上の方の光線量を増やしたいような場合（上部からの光を多く取り込みつつ、目線あたりの遮光性を強くしたいような場合）には、調光素子１の下部領域において、黒色のスペーサ７のみ又は黒色のスペーサ７の混合比率を大きくし、上部領域において、透明のスペーサ７のみ又は透明のスペーサ７の混合比率を大きくするようにしてもよい。 Further, the mixing ratio may be adjusted according to the use environment. That is, when the black tone in the OFF state is to be strengthened, the ratio of the black spacer 7 may be increased. When the amount of light in the ON state is to be increased, the ratio of the black spacer 7 may be decreased. Good. Furthermore, you may make it use the black spacer 7 and the transparent spacer 7 separately for every area | region of the light control element 1. FIG. For example, when installed, you want to increase the light shielding property at the bottom and increase the amount of light at the top (when you want to increase the light shielding property per eye while capturing a lot of light from the top) In the lower region of the light control element 1, only the black spacer 7 or the mixing ratio of the black spacer 7 is increased, and in the upper region, only the transparent spacer 7 or the mixing ratio of the transparent spacer 7 is increased. You may do it.
なお、スペーサ７の色は黒色に限定されず、遮光性を有するものであれば適用することができる。 In addition, the color of the spacer 7 is not limited to black, and can be applied as long as it has a light shielding property.
１ 調光素子
２ａ，２ｂ 透明基板
３ａ，３ｂ 透明電極
４ 対向空間
５ 高分子ネットワーク
６ 液晶部
７ スペーサ
８ 電圧印加部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dimming element 2a, 2b Transparent substrate 3a, 3b Transparent electrode 4 Opposite space 5 Polymer network 6 Liquid crystal part 7 Spacer 8 Voltage application part
Claims (4)
前記透明基板の対向面にそれぞれ付設される一対の透明電極と、
前記透明電極が対向している対向空間に形成されるネットーワーク状の高分子からなる高分子ネットワークと、
前記高分子ネットワークに内在し、電場に応じて配向性を有する液晶と、
前記対向空間に混在し、前記透明電極間のギャップを保持する複数のスペーサと、
前記透明電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
複数の前記スペーサのうちの一部又は全部が、遮光性を有する遮光スペーサからなることを特徴とする調光素子。 A pair of transparent substrates disposed opposite to each other;
A pair of transparent electrodes respectively attached to opposing surfaces of the transparent substrate;
A polymer network composed of a network-like polymer formed in a facing space where the transparent electrodes are opposed to each other;
A liquid crystal inherent in the polymer network and having orientation according to an electric field;
A plurality of spacers mixed in the facing space and holding a gap between the transparent electrodes;
Voltage applying means for applying a voltage between the transparent electrodes,
A light control device, wherein a part or all of the plurality of spacers comprises a light shielding spacer having a light shielding property.
前記遮光スペーサの径が７．５μｍ以上、２４μｍ以下であることを特徴とする調光素子。 The light control device according to claim 1,
The light control element, wherein a diameter of the light shielding spacer is 7.5 μm or more and 24 μm or less.
前記透明電極の平面の面積に対する前記遮光スペーサの中心を通る断面の面積の割合が０．０１以下であることを特徴とする調光素子。 In the light control element of Claim 1 or 2,
The ratio of the area of the cross section passing through the center of the light shielding spacer to the area of the plane of the transparent electrode is 0.01 or less.
前記スペーサが、遮光性を有する前記遮光スペーサと無色透明である透明スペーサとからなり、前記遮光スペーサと前記透明スペーサとの割合が、前記対向空間のギャップを保持するのに必要なスペーサの数と、調光素子の色調の限界条件を満たす遮光スペーサの数とに基づいて決定されることを特徴とする調光素子。 In the light control element in any one of Claim 1 thru | or 3,
The spacer comprises the light-shielding spacer having a light-shielding property and a transparent spacer that is colorless and transparent, and the ratio of the light-shielding spacer and the transparent spacer is the number of spacers necessary to maintain the gap in the facing space. And the number of light-shielding spacers that satisfy the limit condition of the color tone of the light control element.
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